Электролизер для получения магния и хлора

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для электролитического получения магния и хлора. Техническим результатом изобретения является повышение производительности и срока службы электролизера, снижение удельного расхода электроэнергии и затрат на обезвреживание хлорсодержащих газов. Технический результат достигается тем, что электролизер для получения магния и хлора, содержащий кожух, огнеупорную футеровку, образующую емкость, разделенную перегородками на электролитические ячейки с анодами и катодами и сборную ячейку, и перекрытие в виде арки, размещенное над ячейками, снабжен камерой для питания сырьем с герметичной крышкой и люком для загрузки сырья, размещенной вне ячеек в футеровке перпендикулярно сборной ячейке, сообщенной с ней переточным каналом с гидрозатвором, а перекрытие в виде арки выполнено единым для сборной и электролитических ячеек и установлено с зазором между перекрытием и перегородками с возможностью образования единого газового пространства над электролитическими и сборной ячейками. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к устройствам для электролитического получения магния и хлора из расплава хлоридов.

Основными факторами, влияющими на экономическую эффективность конструкции электролизера, являются его срок службы, выход магния по току и удельный расход электроэнергии. Срок службы электролизера зависит от конструкции и стойкости перекрытия ячейки и разделительных перегородок между электролитическими и сборной ячейками. Значительная часть магния теряется со шламом за счет его окисления в сборной ячейке. Затраты на нейтрализацию хлорсодержащих газов сборной ячейки весьма существенны.

Разработка конструкции электролизера, исключающей потери магния со шламом и затраты на обезвреживание хлорсодержащих газов, является одной из актуальных проблем.

Известен головной рафинировочный электролизер (патент РФ 2111286, опубл. 20.05.98г., БИ 14), включающий стальной кожух, огнеупорную футеровку, сборные и электролитические ячейки с установленными в них анодами и катодами и отделенные от сборных ячеек перегородками, причем перегородки погружены в расплав и нижние кромки образуют с верхними кромками катодов щелевой зазор. По каналу расплав поступает в приемную камеру для осаждения твердых взвесей, которая отделена от электролитических ячеек разделительной перегородкой с переточными каналами.

Недостатком данной конструкции электролизера является то, что данный электролизер работает только в поточной линии электролиза магния как рафинировочный электролизер с верхним вводом анодов и не пригоден для индивидуального питания электролизера сырьем. Перегородки между электролитическими и сборными ячейками разделяют и электролит, и газовое пространство ячеек. Сохраняются затраты на обезвреживание хлорсодержащих газов сборных ячеек.

Известна камера для питания магниевых электролизеров твердым недообезвоженным карналлитом (авт. свид. СССР 151031, опубл. БИ 20 за 1962 год), встроенная в электролизер и снабженная вертикальными перегородками, делящими ее на ряд последовательных секций и выполненными попеременно не доходящими до дна или верха камеры. Это обеспечивает последовательное прохождение карналлита через секции сверху вниз и снизу вверх и поступление его на поверхность электролита в виде струйки.

Недостатком данной камеры является то, что данная конструкция не позволяет полностью избавиться от шлама, так как электролизер не герметизирован, и происходит окисление магния. Сохраняются затраты на обезвреживание хлорсодержащих газов электролизера.

Известен электролизер с нижним вводом анодов для получения магния (патент 2109851, опуб. БИ 12 27.04.98г.), включающий ванну с футерованными стенками, разделенную перегородкой на электролитическое и сборное отделения, закрытые сверху многослойными перекрытиями, свободно положенные на опорные поверхности футеровки вертикальных стенок с возможностью при температурном расширении свободного перемещения в горизонтальной плоскости.

Недостатком такой конструкции перекрытия электролизера является то, что происходит окисление магния в сборной ячейке из-за неполной герметизации электролизера, так как герметично закрыты только электролитические ячейки, а при загрузке расплавленного сырья в сборную ячейку в электролизер поступают примеси, которые ухудшают процесс электролиза. Значительны затраты на обезвреживание хлорсодержащих газов.

Наиболее близким аналогом, взятым в качестве прототипа, является электролизер для получения магния и хлора (патент 1739682, опубл. в 1994 году), содержащий кожух, огнеупорную футеровку, перекрытие, электролитические ячейки с электродами и сборные ячейки, разделенные перегородками с переточными каналами, причем футеровка электролитических ячеек выполнена с нишами, в которые установлено перекрытие в виде арки, при этом зазоры между аркой и футеровкой заполнены сыпучим зернистым материалом. Перекрытие в виде арки размещено только над электролитическими ячейками. Такая конструкция электролизера позволяет повысить концентрацию хлора в ячейке и увеличить срок службы электролизера.

Недостатками данной конструкции электролизера являются потери магния со шламом, использование ручного труда по извлечению шлама, что снижает производительность электролизера и срок его службы. Удельный расход электроэнергии сравнительно велик. Сохраняются затраты на обезвреживание газов сборной ячейки.

Задачей данного изобретения является создание полностью герметизированного электролизера, исключающего потери магния со шламом, снижение доли ручного труда при выборке шлама. Технический результат за счет этого приведет к повышению производительности и срока службы электролизера, снизятся затраты на обезвреживание хлорсодержащих газов.

Технический результат достигается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, содержащий кожух, огнеупорную футеровку, образующую емкость, разделенную перегородками на электролитические ячейки с анодами и катодами и сборную ячейку, и перекрытие в виде арки, размещенное над ячейками, новым является то, что он снабжен камерой для питания сырьем с герметичной крышкой и люком для загрузки сырья, размещенной вне ячеек в футеровке перпендикулярно сборной ячейке, сообщенной с ней переточным каналом с гидрозатвором, а перекрытие в виде арки выполнено единым для сборной и электролитических ячеек и установлено с зазором между перекрытием и перегородками с возможностью образования единого газового пространства над сборной и электролитическими ячейками.

Кроме того, переточный канал выполнен на уровне верхней кромки катодов.

Выполнение перекрытия в виде арки над электролитическими и сборной ячейками позволяет за счет исключения попадания кислорода и влаги в газовую фазу исключить гидролиз хлорида магния, шламообразование и окисление магния. Потери магния сокращаются, повышается выход магния по току, производительность и срок службы электролизера, снижается удельный расход электроэнергии. Все газы с высоким содержанием хлора подаются непосредственно потребителю.

При загрузке сырья в отдельную камеру, размещенную в футеровке электролизера перпендикулярно сборной ячейке и сообщенной со сборной ячейкой каналом с гидрозатвором, расположенным на уровне верхней кромки катодов, позволяет путем отстоя очищать расплав от твердых взвесей, что снижает поступление примесей в сборную и электролитические ячейки, повышается срок службы электролизера, снижается удельный расход электроэнергии.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах зaявлeнного изобретения, позволило установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

На фиг.1 и 2 показана конструкция электролизера с нижним вводом анодов и вводом катодов через боковые стенки электролизера.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, двух электролитических ячеек 3, сборной ячейки 4, разделительных перегородок 5 между сборной и электролитическими ячейками, переточных каналов 6, катодов 7, анодов 8, арочного перекрытия 9, с патрубком для извлечения магния 10. Арочное перекрытие 9 установлено в нише и герметизировано засыпкой 11. Приемная камера 13 имеет переточный канал 12, соединенный со сборной ячейкой 4, люк для загрузки сырья 14, размещенным на крышке 15.

Арочное перекрытие 9 изготавливается из стандартных огнеупоров вне электролизера на специализированном участке, где имеются условия для качественного монтажа и сушки перекрытия. После монтажа и сушки электролизер закрывают арочным перекрытием, которое устанавливают в ниши боковых стенок футеровки 2 и засыпают зернистым материалом 11, например фтористым кальцием. Приемную камеру 13 закрывают крышкой 15 и также герметизируют засыпкой.

Электролизер работает следующим образом. Сырье - безводный карналлит с содержанием хлорида магния 48-50% в виде расплава через люк для загрузки 14 в крышке 15 заливают в приемную камеру 13, отстаивают и через переточный канал 12 методом сообщающихся сосудов передают в сборную ячейку 4. Через окна в разделительных перегородках 5 расплав поступает в электролитические ячейки 3, где под воздействием постоянного тока хлорид магния разлагается и на катодах 7 выделяется магний, на анодах 8 хлор. Магний потоком электролита через переточные каналы 6 выносится в сборную ячейку 4, и через патрубок для извлечения магния 10 в арочном перекрытии 9 его периодически выбирают с помощью вакуум-ковша и направляют потребителю. Хлор (концентрацией 90-95%) накапливается в пространстве между арочным перекрытием 9 и электролитом, по трубопроводу непрерывно отводят и передают потребителю.

Таким образом, предложенная конструкция электролизера позволяет снизить твердые и исключить газообразные отходы, повысить выход магния по току и производительность электролизера на 1,0-1,5%, соответственно снизить удельный расход электроэнергии, срок службы электролизера возрастает на 6-8 месяцев.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения магния и хлора, содержащий кожух, огнеупорную футеровку, образующую емкость, разделенную перегородками на электролитические ячейки с анодами и катодами и сборную ячейку, и перекрытие в виде арки, размещенное над ячейками, отличающийся тем, что он снабжен камерой для питания сырьем с герметичной крышкой и люком для загрузки сырья, размещенной вне ячеек в футеровке перпендикулярно сборной ячейке, сообщенной с ней переточным каналом с гидрозатвором, а перекрытие в виде арки выполнено единым для сборной и электролитических ячеек и установлено с зазором между перекрытием и перегородками с возможностью образования единого газового пространства над электролитическими и сборной ячейками.

2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что переточный канал выполнен на уровне верхней кромки катодов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2